DE1298152B

DE1298152B - SEMICONDUCTOR COMPONENTS WITH CONTROLLED GENERATION AND SPREAD OF ELECTRIC SHOCKWAVES WITHIN THE SEMICONDUCTOR BODY

Info

Publication number: DE1298152B
Application number: DE19651298152
Authority: DE
Priority date: 1964-06-12
Filing date: 1965-06-04
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR1455145A; NL6507296A; DE1298152C2; GB1113442A; SE344859B; GB1113445A; NL169661C; CH460858A; GB1113443A; GB1113444A; BE665303A; NL169661B

Description

1 29a 152. . - . .1 29a 152.. -. .

1 . · s -r 21 . · S -r 2

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- ■ . stäbchen anliegenden elektrischen Feldes zu erwarten fahren zur Erzeugung oder Verstärkung von elektro- ist, indem dieses sozusagen in mehrere Bereiche aufmagnetischen Schwingungen im. Mikrowellenbereich bricht, wobei ein sehr kleiner Längenbereich des mittels eines einkristallinen Halbleiterkörpers vom Kristalls eine sehr hohe, die übrigen Bereiche jedoch N-Leitfähigkeitstyp, der zur Ausbildung innerhalb des 5 wesentlich geringere Feldstärken aufweisen. Halbleiterkörpers befindlicher elektrischer Felder Bei der dualen Erscheinung des kurzschlußstabilen ohmisch kontaktiert ist und in welchem bei Über- negativen differentiellen Widerstandes, der praktisch schreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf bereits in Form der sogenannten Sparks von der Grund eines Volumeffektes den Halbleiterkörper durch- Technik der Gasentladungen und in Festkörpern z. B. laufende Hochfeldzonen ausgelöst werden. io als Zenerdurchbruch bekannt ist, liegt dahingegen einThe present invention relates to a ver ■. to be expected in the presence of an electric field drive to the generation or amplification of electrical is, by this so to speak in several areas on magnetic Vibrations in. The microwave range breaks, with a very small length range of the by means of a monocrystalline semiconductor body from the crystal a very high level, but the remaining areas N conductivity type, which has significantly lower field strengths for training within the 5. In the case of the dual appearance of the short-circuit stable is ohmically contacted and in which case of over-negative differential resistance, which is practical A critical electric field strength already occurs in the form of the so-called Sparks of the Due to a volume effect, the semiconductor body by technology of gas discharges and in solids z. B. running high field zones are triggered. io is known as the Zener breakthrough, on the other hand there is one

Derartige, den Gunn-Effekt ausnutzende Halb- in Richtung des Feldes sich erstreckender sehr enger leiterbauelemente sind bereits bekannt. Dieser Effekt fadenartiger Bereich extrem hoher Stromdichte vor, und seine Realisierung in Halbleiterproben ist erstmals während die Bereiche außerhalb dieses Stromfadens in der Zeitschrift »Solid State Communications«, eine wesentlich geringere Stromdichte zeigen. Bd. 1 (1963), auf den Seiten 88 bis 91 in einer Arbeit 15 Die beim Gunn-Effekt im wesentlichen transversal von J. B. G u η η erwähnt, die. den Titel »Beobachtung zur Feldrichtung verlaufenden Zonen mit hohem eines neuen Phänomens bei gewissen III-IV-Halb- Feld werden Hochfeldzonen genannt. Zwischen diesen leitern« trägt. Weiterhin ist in der Zeitschrift »IBM und den entsprechenden Hochstromfäden beim dualen Journal of Research and Development« vom April Effekt besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied. 1964 auf den Seiten 141 bis 159 ein derartiges Halb- ao Während letztere nämlich im wesentlichen örtlich leiterbauelement dargestellt und beschrieben. In dieser fixiert bleiben, bewegen sich die Hochfeldzonen, deren ebenfalls von J. B. G u η η stammenden Arbeit, welche Quellen als Raumladungsschiehten aufzufassen sind, die Überschrift »Strominstabilitäten in III-V-Halb- die aus Elektronen in bestimmten Zuständen bestehen, leitern« trägt, werden an derartigen Bauelementen ge- unter der Einwirkung des Gesamtfeldes mit der Elekwonnene Maßergebnisse rein phänomenologischer 25 tronendriftgeschwindigkeit entlang dem Spannungs-Natur mitgeteilt, wobei die Messungen dem Zweck gradienten.Such, the Gunn effect exploiting half in the direction of the field extending very narrow ladder components are already known. This thread-like area of extremely high current density and its realization in semiconductor samples is for the first time during the areas outside this current filament in the magazine "Solid State Communications" show a significantly lower current density. Vol. 1 (1963), on pages 88 to 91 in a work 15 The Gunn effect essentially transversal mentioned by J. B. G u η η, the. the title »Observation of the field direction running zones with high A new phenomenon in certain III-IV half-fields are called high-field zones. Between these ladders «. Furthermore, in the magazine »IBM and the corresponding high-current threads in the dual Journal of Research and Development «from the April Effect, however, there is one major difference. 1964 on pages 141 to 159 such a half-ao, while the latter is essentially local Conductor component shown and described. Remaining fixed in this, move the high field zones, their also by J. B. G u η η, which sources are to be understood as space charge layers, the heading »current instabilities in III-V half- which consist of electrons in certain states, ladders «are carried on such structural elements under the influence of the entire field with the electrical power Measurement results of a purely phenomenological 25 drift speed along the voltage nature communicated, with the measurements gradient in line with the purpose.

dienten, einen Aufschluß über den zunächst völlig · F i g. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf derartiger Hochunbekannten Schwingungsmechanismus zu erhalten. feldzonen, wie sie sich aus den anfangs erwähntenserved to provide information about the initially completely · F i g. 1 shows the time course of such highly unknowns Obtain vibration mechanism. field zones, as you can see from those mentioned at the beginning

Es hat sich nun gezeigt, daß von einer Reihe von für Messungen von Gunn ergaben. Diese MessungenIt has now been shown that from a number of measurements made by Gunn. These measurements

die Erklärung dieser Strominstabilitäten bzw. Schwin- 30 wurden durchgeführt an einer Probe aus N-leitendemthe explanation of these current instabilities or Schwin-30 were carried out on a sample made of N-conductive

gungen an sich möglichen, bereits vor der Entdeckung Galluim-Arsenid der Länge L = 210 μ und einer Quer-possible, even before the discovery of Galluim arsenide of length L = 210 μ and a transverse

dieses Phänomens entwickelten Theorien die Vor- schnittsfläche von 3,5 · 10~³ cm². Der Kristall wurdeof this phenomenon theories developed the pre-cut area of 3.5 · 10 ^-3 cm ² . The crystal became

Stellungen von B. K. Ridley sowie von CH i 1 s u m in seiner Längsrichtung kapazitiv mit einer verschieb-Positions of B. K. Ridley and of CH i 1 s u m in its longitudinal direction capacitive with a displaceable

die dem Schwingungsmechanismus zugrunde liegenden baren Sonde abgetastet und die Potentialverteilungthe baren probe on which the oscillation mechanism is based is scanned and the potential distribution

^ ist ³⁵ ^O bzw.de™ «...eie Ableitung ±?-fc ,) auf^ is ³⁵ ^ O or de ™ «... a derivative ±? -fc,)

in der Zeitschrift »Proceedings of the Physical Society«, den Schirm einer Kathodenstrahlröhre aufgezeichnet, Bd. 82 (1963) bzw. C. H i 1 s u m in der Zeitschrift wobei die Ableitung, abgesehen von einem Faktor,in the journal "Proceedings of the Physical Society" recorded the screen of a cathode ray tube, Vol. 82 (1963) or C. H i 1 s u m in the journal where the derivation, apart from one factor,

»Proceedings of the IRE« vom Februar 1962 zu finden. dem zugehörigen Feldstärkewert entspricht."Proceedings of the IRE" from February 1962 to be found. corresponds to the associated field strength value.

Diese Arbeiten besitzen die Titel »Negativer Wider- 40 Wie man aus der F i g. 1 ersieht, pflanzt sich dieThese works are titled “Negative Contractions”. 1 sees, the plants

stand in Festkörpern« bzw. »Verstärker und Oszilla- Hochfeldzone mit konstanter Geschwindigkeit undstood in solids "or" amplifier and oscillating high field zone with constant speed and

toren, deren Wirkungsweise auf einem speziellen mit im wesentlichen unveränderter Gestalt fort, sobaldgates whose mode of operation will continue on a special one with essentially unchanged form as soon as

Band-Band-Übergang von Elektronen beruht«. eine derartige Störung einmal aufgebaut wurde. DaherBand-to-band transition of electrons is based «. such a fault has been established once. Therefore

Die erstgenannte Arbeit basiert im wesentlichen auf kann diese auch aufgefaßt werden als Stoßwelle, welche Überlegungen bezüglich eines irreversiblen thermo- 45 kurz nach ihrer Erzeugung einen stationären Zustand dynamischen Systems, wobei unter Anwendung des erreicht. Zum Ingangsetzen einer derartigen Hoch-Prinzips der Erzeugung der kleinsten Entropie das feldzone ist ein Mindestwert der elektrischen Feld-Phänomen des bereits seit langem experimentiell stärke, die sogenannte kritische Feldstärke erforderlich, realisierten sogenannten stromgesteuerten negativen unter deren Einfluß eine genügende Anzahl von differentiellen Widerstandes als auch die hierzu duale 50 Elektronen genügend Energie aufnehmen können, um Erscheinung des sogenannten spannungsgesteuerten in das Nebenenergieflächenminimum zu gelangen, differentiellen negativen Widerstandes, welche dem Diese Feldstärkenwerte liegen bei einigen tausend Gunn-Effekt zugrunde liegt, erklärt bzw. die letztere V/cm, so daß zur Auslösung Steuersignale hoher als energetisch grundsätzlich möglich vorausgesagt Energie erforderlich sind. Außerdem sind infolge der werden konnte. Dahingegen liegen der Theorie von 55 hierdurch gegebenen Flankensteilheiten die Zeitpunkte C. HiI s um Vorstellungen zugrunde, welche die der Auslösungen nur ungenau definiert. Massen- und damit die Beweglichkeitsänderungen der Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe Elektronen betreffen, welche diese beim Übergang von zugrunde, ein Verfahren zur Auslösung von Hocheinem Hauptenergieflächenminimum zu einem Neben- feldzonen in Halbleiterkörpern bzw. von Schwingunenergieflächenminimum geeigneten Energieabstandes 60 gen im Mikrowellenbereich anzugeben, welches nicht erleiden, wobei dieser Übergang unter dem Einfluß der mit den obengenannten Nachteilen behaftet ist. Aufheizung der Elektronen durch ein im Halbleiter- Dies wird bei einem Verfahren der eingangs gekörper befindliches genügend starkes elektrisches Feld nannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß stattfindet. die Höhe eines ersten elekrtischen Feldes (Hauptfeld)The first-named work is essentially based on this can also be understood as a shock wave, which Considerations regarding an irreversible thermo-45 shortly after its generation a steady state dynamic system, being achieved using the. To start such a high principle the generation of the smallest entropy of the field zone is a minimum value of the electric field phenomenon the experimental strength for a long time, the so-called critical field strength required, realized so-called current-controlled negative under their influence a sufficient number of differential resistance as well as the dual 50 electrons can absorb enough energy to Appearance of the so-called voltage-controlled to get into the secondary energy surface minimum, differential negative resistance, which these field strength values are a few thousand Gunn effect is based, explained or the latter V / cm, so that for triggering control signals higher as energetically possible in principle, energy is required. In addition, as a result of could be. In contrast, the theory of 55 edge steepnesses given by this lies in the points in time C. HiI s are based on ideas which only imprecisely define the triggering. The object of the present invention is therefore to change the mass and thus the mobility changes Electrons affect them when transitioning from under, a method of triggering high one Main energy surface minimum to a secondary field zone in semiconductor bodies or from vibration energy surface minimum suitable energy spacing 60 gene in the microwave range to indicate, which is not suffer, this transition under the influence of the disadvantages mentioned above. The electrons are heated by an in the semiconductor This is the input body in a process located sufficiently strong electric field called type achieved according to the invention in that takes place. the height of a first electrical field (main field)

Ridley zeigte in seiner obengenannten Arbeit, 65 dicht unterhalb der kritischen Feldstärke gehaltenRidley showed in his above-mentioned work that 65 was kept just below the critical field strength

daß unter bestimmten Voraussetzungen (z. B. ge- wird und an den zusätzlichen Mitteln des Halbleiter-that under certain prerequisites (e.g., and on the additional funds of the semiconductor

eignetes Energiebandsystem des benutzten Halbleiter- körpers mittels eines besonderen Auslöseimpulses eina suitable energy band system of the semiconductor body used by means of a special trigger pulse

materials) eine Instabilität des über einem Kristall- derartig hohes zweites elektrisches Feld (Auslösefeld)materials) an instability of the second electric field that is so high above a crystal (trigger field)

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gebildet wird, daß sich durch Überlagerung beider _c , , _D. _Λ ... _f<. ,. ... . ac/, . elektrischer Felder eine elektrische Feldstärke einstellt, ^{ren Ende der} ^Ρι%^Λ ^{verlauft die Ableitun}S äT⁽*''> die oberhalb der kritischen elektrischen Feldstärke bzw. die elektrische Feldstärke etwa linear mit x. liegt. Dies bedeutet, daß das elektrische Feld gleichförmig Es sind bereits z. B. indem österreichischen Patent 5 innerhalb des Halbleiterkörpers zwischen den ohmschen 209 377 Verfahren zur Erzeugung oder Verstärkung Kontaktierungen (Anode und Kathode) ansteigt. Im von elektromagnetischen Schwingungen im Mikro- Kurvenzug 2, der nach einem Zeitablauf von 6,6 · 10~^u Wellenbereich mittels eines einkristallinen Halbleiter- see auftritt, beginnt eine Verzerrung der linearen Feldkörpers bekanntgeworden, bei welchem beim Über- verteilung einzutreten. Beim Kurvenverlauf 11 hat schreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf io diese Verzerrung die Form eines wohldefinierten Grund eines Volumeffektes elektromagnetische Schwin- Maximums der Feldstärke angenommen, welche sich gungen entstehen und bei welchem ohmsche Kontak- etwa über einen Bereich von etwa 30μ erstreckt. Von tierungen zur Erzeugung einiger elektrischer Felder diesem Zeitpunkt an pflanzt sich die Hochfeldzone in innerhalb des Halbleiterkörpers ebenfalls als zusatz- der x-Richtung mit unveränderter Gestalt fort. Dies liehe Mittel zur Auslösung der Schwingungen vorge- 15 gilt bis etwa zum Kurvenzug 35, wo die Hochfeldzone sehen sind. In den bei diesen bekannten Verfahren an- die Anode erreicht hat. Von hier an wird die Dargewendeten Halbleiterkörpern werden jedoch Plasma- stellung wegen wahrscheinlichkeitsverteilter Differenströmungen der Ladungsträger durch ein konstantes zen der nachfolgenden Impulse etwas unübersichtlich, oder veränderliches Ziehfeld erzeugt. aber man kann sehen, daß die bei den Kurvenzügen 2is formed that by superimposing both _c,, _D. _Λ ... _{f <} . ,. ... ac /. electric fields sets an electric field strength, ^{at the end of the} ^Ρι % ^Λ ^{the derivation} S äT ⁽ * ''> which is above the critical electric field strength or the electric field strength is approximately linear with x . This means that the electrical field is uniform Es are already, for example, in the Austrian patent 5 within the semiconductor body between the ohmic 209 377 method for generating or reinforcing contacts (anode and cathode) increases. 10 ~ ^u wave range occurs by means of a monocrystalline semiconductor lake, a distortion of the linear field body has become known, which occurs with overdistribution. In curve 11, a critical electric field strength occurs at this distortion in the form of a well-defined reason of a volume effect electromagnetic Schwin - Maximum of the field strength assumed, which is Generations arise and at which ohmic contact extends over a range of about 30μ. Starting at this point in time for the generation of some electrical fields, the high-field zone also propagates within the semiconductor body as an addition to the x-direction with an unchanged shape. This borrowed means for triggering the oscillations applies up to approximately the curve 35, where the high field zone can be seen. In the case of these known processes an- has reached the anode. From here on, the applied semiconductor bodies become somewhat confusing, or a variable pulling field is generated due to the probability-distributed differential flows of the charge carriers due to a constant zen of the subsequent impulses. but you can see that the 2

Diesen Verfahren liegen Analogievorstellungen zwi- ao bis 11 auftretenden Verhältnisse sich wenigstens in sehen den von der Technik der Gasentladung her be- allgemeiner Weise innerhalb der Kurvenzüge 35 bis 44 kannten Plasmaschwingungen und einem im Kristall reproduzieren. Weiter zeigten die Messungen, daß die angenommenen Plasma zugrunde. Die bekannten Geschwindigkeit, mit welcher sich das Maximum fort-Halbleiterbauelemente der letztgenannten Art weisen pflanzt, konstant ist, und etwa 8 · 10^e cm/sec beträgt, daher einen wesentlichen Unterschied des Schwingungs- 25 Dieser Wert ist etwa gleich dem auf Grund von an mechanismus gegenüber den bei dem Verfahren nach anderen Halbleiterkörpern für die Driftgeschwindigder vorliegenden Erfindung angewendeten Halbleiter- keit der Elektronen in der Gegend des Schwellenwertes bauelementen auf, bei denen die Schwingungen in- bekannten Daten geschätzten Wert. Das mittlere elekfolge der mit der Driftgeschwindigkeit der Elektronen irische Feld in der Strörungszone kann aus der besieh fortbewegenden Hochfeldzonen zustande kommen. 30 obachteten Länge und aus dem Potentialabfall rohThese processes are based on the analogy between the conditions occurring between 11 and 11, at least in the plasma oscillations known from the technology of gas discharge generally within the curves 35 to 44 and reproduced in the crystal. Furthermore, the measurements showed that the assumed plasma is based. The known speed at which the maximum increases semiconductor components of the last-mentioned type is constant and is about 8 · 10 ^e cm / sec, hence a significant difference in the oscillation. This value is about the same as that due to an mechanism compared to the semiconductor properties of the electrons in the region of the threshold value used in the method according to other semiconductor bodies for the drift speed of the present invention, for which the vibrations are estimated value in known data. The mean sequence of the field in the fault zone, irrespective of the drift speed of the electrons, can come about from the high field zones in question. 30 observed length and raw from the potential drop

Einzelheiten tier Erfindung ergeben sich aus der abgeschätzt werden. Der so gefundene Wert beträgtDetails of the invention emerge from the estimate. The value found in this way is

weiteren Beschreibung sowie aus den Figuren. In etwa 2 · 10⁴ V/cm,further description as well as from the figures. In about 2 · 10 ⁴ V / cm,

diesen bedeutet Wird eine Energiequelle konstanter SpannungThis means becoming a constant voltage source of energy

F i g. 1 eine graphische Darstellung der sich nach (niedriger Innenwiderstand) zur Anregung des HaIb-Art einer Stoßwelle in Längsrichtung der Kristallprobe 35 leiterkörpers benutzt, wie es bei Benutzung des Halbfortpflanzenden Hochfeldzone, leiterbauelements als Mikrowellenoszillator der FallF i g. 1 a graphical representation of the (low internal resistance) for the excitation of the Halb-Art a shock wave in the longitudinal direction of the crystal sample 35 conductor body used, as it is when using the semi-propagator High field zone, conductor component as a microwave oscillator is the case

F i g. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der an ist, so sind die Verhältnisse etwas verschieden von den die Probe angelegten Auslösespannung und des daraus eben besprochenen mit Impulsanregung durchgeführresultierenden Stromes, ten Messungen. In diesem Falle ist das Potential an denF i g. 2 timing diagrams to explain when is on, the ratios are slightly different from the trigger voltage applied to the sample and the resultant performed with impulse excitation just discussed Current, th measurements. In this case the potential is at the

F i g. 3a, 3b und 3c eine schematische Darstellung 40 Kontaktierungen (Anode und Kathode) festgelegt,F i g. 3a, 3b and 3c a schematic representation of 40 contacts (anode and cathode) established,

zur Erläuterung verschiedener Möglichkeiten zur Aus- und die Erzeugung einer Hochfeldzone erfordert, daßto explain various possibilities for training and generating a high field zone requires that

lösung der Hochfeldzone durch hohe elektrische Feld- Teilfelder an Stellen außerhalb des HalbleiterkörpersSolution of the high field zone by high electric field subfields at locations outside the semiconductor body

stärken, reduziert werden müssen. Besonders für die Kurven 3,strengthen, need to be reduced. Especially for turns 3,

F i g. 4 und 5 Diagramme verschiedener, in die 4 und 5 wird das Feld an der Kathode kleiner als es demF i g. 4 and 5 different diagrams, in FIGS. 4 and 5 the field at the cathode becomes smaller than it

Halbleiterprobe eingespeister bzw. in diesen als Strom- 45 entsprechenden Wert der Kurve 1 entspricht. DieserSemiconductor sample fed in or in this as a current value corresponding to curve 1 corresponds to 45. This

verlauf entstehender Impulse, Wert war ausreichend zur Erzeugung der Hochf eld-the course of the impulses generated, the value was sufficient to generate the high-field

F i g. 6 eine perspektivische Darstellung eines als zone. Da das Vorhandensein einer kritischen örtlichenF i g. 6 is a perspective view of a zone. Because the presence of a critical local

Oszillator geeigneten typischen Halbleiterbauelementes, Feldstärke Et zur Auslösung der Instabilität erforder-Oscillator suitable typical semiconductor component, field strength Et required to trigger the instability.

F i g. 7a und 7b eine schematische Darstellung anderer Hch ist, sieht man, daß die Existenz einer HochfeldzoneF i g. 7a and 7b is a schematic representation of other Hch, it is seen that the existence of a high field zone

Möglichkeiten zur Erzeugung von örtlich hohen elek- 50 innerhalb der Probe die Erzeugung einer zweiten Hoch-Possibilities for the generation of locally high elec- 50 within the sample the generation of a second high-

trischen Feldern zum Zwecke der Auslösung von Hoch- feldzone in der Gegend der Kathode verhindert, indemtric fields for the purpose of triggering high field zones in the area of the cathode are prevented by

feldzonen, an dieser Stelle das Feld auf einen Wert verringertfield zones, at this point the field is reduced to a value

F i g. 8a und 8b eine Darstellung weiterer Möglich- wird, der unterhalb Et liegt. Dieses Hindernis istF i g. 8a and 8b a representation of further possible, which is below Et . This obstacle is

keiten zur Auslösung von Hochfeldzonen, natürlich nicht mehr wirksam, wenn die erste Hoch-to trigger high field zones, of course no longer effective if the first high field

F i g. 9 eine weitere Modifikation einer Vorrichtung 55 feldzone die Anode erreicht und die Potentialver-F i g. 9 another modification of a device 55 field zone reaches the anode and the potential

zur Auslösung einer Hochfeldzone, teilung augenblicklich wieder dem Verlauf der Kurve 1to trigger a high field zone, division immediately back to the course of curve 1

Fi g. 10 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Aus- entspricht. Im Gegensatz hierzu ist das Feld an derFi g. 10 corresponds to a representation of a device for Aus. In contrast, the field is on the

kopplung einer Spannung aus dem Halbleiterkörper, Kathode unter konstanten Stromverhältnissen unab-coupling of a voltage from the semiconductor body, cathode under constant current conditions

die beim Durchlaufen einer Hochfeldzone verfügbar hängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit einerthose available when passing through a high field zone depending on the presence or absence of one

ist, 60 Hochfeldzone an irgendeiner anderen Stelle innerhalbis, 60 high field zone elsewhere within

F i g. 11a bis Hd eine symbolische Darstellung der Probe, und es können jederzeit weitere Hochfeldvon Realisierungsmöglichkeiten von logischen Funk- zonen auf den Weg gebracht werden,
tionen unter Verwendung von den Gunn-Effekt aufweisenden Halbleiterkörpern, die sowohl mit Vor- £s folgt eine Zusammenfassung der sich aus den richtungen zur Auslösung von Hochfeldzonen als auch 65 obengenannten Messungen ergebenden Tatsachen:
mit Vorrichtungen zum Auskoppeln von durch diese
hervorgerufenen Ausgangsimpulsen versehen sind. a) Das Einsetzen der Fluktuation infolge InstabilitätF i g. 11a to Hd a symbolic representation of the sample, and further high-level possibilities for realizing logical functional zones can be initiated at any time,
The following is a summary of the facts resulting from the directions for triggering high-field zones and the 65 measurements mentioned above:
with devices for decoupling through this
generated output pulses are provided. a) The onset of fluctuation due to instability

Bei dem mit !bezeichneten Verlauf zu Beginn am obe- entspricht der Anwesenheit einer Hochfeldzone.In the course marked with! At the beginning at the top corresponds to the presence of a high field zone.

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b) Sobald die Hochfeldzone erscheint, wird das Feld sichtlich nur bei der Ankunft einer Hochfeldzone in den anderen Teilen des Halbleiterkörpers auf vor. Daher muß der Strom für eine Zeitdauer vereinen Wert unterhalb der kritischen Feldstärke Et schwinden, die gleich der Laufzeit der Hochfeldreduziert. Da Galliumareenid unter diesen Feld- zone ist, bevoT er infolge einer durch Lawinenverhältnissen ein fast ohmscher Leiter ist, so wird 5 prozeß bewirkten Injektion anwachsen kann, der Strom proportional zum Feldabfall reduziert.b) As soon as the high field zone appears, the field only becomes visible when a high field zone arrives in the other parts of the semiconductor body. Therefore, the current must dwindle for a period of time below the critical field strength Et , which is equal to the running time of the high field reduced. Since gallium arenide is below this field zone, before it is an almost ohmic conductor due to an avalanche condition, the process-induced injection can increase and the current is reduced proportionally to the field drop.

c) Eine neue Hochfeldzone wird auf den Weg ge- Im Zusammenhang mit den Kurvenverläufen der bracht, wenn aus irgendeinem Grunde der Leitungs- Fig. 1 wurde bereits bemerkt, daß, nachdem eine strom auf einen Wert It anwächst und das Feld Hochfeldzone einmal erzeugt ist, diese sich anscheinend an der Kathode entsprechend den Wert Et er- io im Gleichgewicht weiter fortpflanzt, auch dann, wenn reicht. das angelegte Feld auf einen Wert reduziert wird, derc) A new high-field zone is on the path overall in connection with the introduced curves, if for any reason the conduction Fig has already been noted that after a current increases it on a value and the field high field region is generated once. 1 , this apparently continues to propagate at the cathode according to the value Et erio in equilibrium, even if it is sufficient. the created field is reduced to a value that

d) Die Konstanz des Wertes I_max bei Änderung der unterhalb des zur Erzeugung erforderlichen kritischen angelegten Spannung kann in der gleichen Weise Wertes liegt. Diese Tatsache liegt den in den F i g. 2a erklärt werden. und 2b dargestellten Impulsformen zugrunde. F i g. 2ad) The constancy of the value I _max when the voltage changes below the critical applied voltage required for generation can be in the same way. This fact resides in the Figs. 2a. and 2b are based on the pulse shapes shown. F i g. 2a

e) Der Vorgang der Verhinderung des gleichzeitigen 15 zeigt einen Spannungsimpuls, welcher an die Kontak-Auftretens mehrerer Hochfeldzonen ist am wirk- tiermagen eines Halbleiterkörpers angelegt wird und samsten in kurzen Halbleiterkörpern. Bei langen der aus einem ersten Impuls A und dem kürzeren Zu-Halbleiterkörpern ist die Feldänderung an der satzimpulsi? besteht. Während der Impuls .4 das. Kathode zu klein, um das Einsetzen von weiteren Hauptfeld aufbaut, welches dicht unterhalb der Hochfeldzonen zu steuern; es muß dann ange- 20 kritischen elektrischen Feldstärke bleibt, liefert der nommen werden, daß diese Einsätze zu Willkür- Zusatzimpuls B eine zusätzliche Feldstärke (Auslöselichen Zeiten stattfinden. feld), die so bemessen ist, daß die dem Auslöseim-e) The process of preventing the simultaneous 15 shows a voltage pulse which is applied to the contact occurrence of several high field zones on the stomach of a semiconductor body and mostly in short semiconductor bodies. With long from a first pulse A and the shorter to semiconductor body, the field change at the satzimpulsi? consists. During the pulse .4 the cathode too small to control the onset of further main field, which is controlled just below the high field zones; It must then remain a critical electric field strength, if it is assumed that these inserts in addition to arbitrary additional pulse B take place an additional field strength (triggering times field), which is dimensioned so that the

f) Die gleichen Bemerkungen treffen zu bei kurzen puls A + B entsprechende Feldstärke die kritische Halbleiterkörpern, in diesem Falle wird unter den Feldstärke überschreitet.f) The same remarks apply to short pulse A + B corresponding field strengths of the critical semiconductor bodies, in this case below the field strength is exceeded.

Bedingungen fast konstanten Stromes gearbeitet. 25 Der Halbleiterkörper wirkt mit einem Lastwider-Conditions of almost constant current worked. 25 The semiconductor body acts with a load resistor

g) Unter der Bedingung konstanter Spannung ist der stand zusammen. Zur Bereitstellung des Auslösefeldes Mechanismus der Unterdrückung zusätzlicher dient eine besondere Spannungsquelle, z. B. ein Im-Hochfeldzonen wirksam genug, um bei kurzen pulsgenerator mit einem wie in Fig. 2a gezeigten Halbleiterkörpern sicherzustellen, daß dann und Grundimpuls A und einem auf diesen Impuls aufgenur dann eine Hochfeldzone von der Kathode her 30 setzten Dreieckimpuls B. Dieser überlagerte Dreieckeinsetzt, wenn die vorhergehende die Anode er- impuls B ist so groß, daß die Gesamtimpulshöhe innerreicht hat. halb eines kurzen Zeitintervalles den kritischen Wert Die Erzeugung einer neuen Hochfeldzone findet so Ut übersteigt.g) Under the condition of constant tension, the stand is together. A special voltage source, e.g. B. an Im-high field zones effective enough to ensure with a short pulse generator with a semiconductor body as shown in Fig. 2a that then and basic pulse A and a high field zone applied to this pulse from the cathode 30 set triangular pulse B. This superimposed triangle starts If the previous one, the anode pulse B is so large that the total pulse height has reached within. half of a short time interval the critical value The generation of a new high field zone is found so Ut exceeds.

in periodischer Weise statt. Der resultierende Stromimpuls besitzt die in F i g. 2b Dieser Effekt läßt sich am besten auf Grund der 35 gezeigte Form. Man sieht, daß von dem Augenblick an,takes place periodically. The resulting current pulse has the one shown in FIG. 2 B This effect can best be seen on the basis of the shape shown. You can see that from the moment

F i g. 1 einsehen. Hier wird offenbar im Bereich in dem die Amplitude der Impulse A und B denF i g. 1 see. Here it is evident in the range in which the amplitude of the pulses A and B den

der Kurvenverläufe 34 bis 44 eine neue Hochfeld- kritischen Wert Ut überschreitet, die Impulshöhe desof the curves 34 to 44 exceeds a new high-field critical value Ut , the pulse height of the

zone erzeugt. Stromimpulses unter seinen Maximalwert absinkt undzone generated. Current pulse falls below its maximum value and

h) Die Schwingungsperiode ist gleich der Laufzeit der noch eine gewisse Zeit auf diesem niedrigen Werth) The period of oscillation is equal to the running time of the still a certain time at this low value

Hochfeldzone durch den Halbleiterkörper, welche 40 verbleibt, selbst wenn der Dreieckimpuls B bereitsHigh field zone through the semiconductor body, which 40 remains even if the triangular pulse B is already

etwa der Geschwindigkeit der Elektronen ent- beendet ist.about the speed of the electrons.

spricht, die diese bei der kritischen Feldstärke be- Bei einem ausgeführten Beispiel hatte der Dreiecksitzen, impuls B eine Impulsdauer von 0,2 nsec, der Strom-speaks that this is the critical field strength. In one example, the triangular seat, pulse B has a pulse duration of 0.2 nsec, the current

i) Die erste Hochfeldzone bildet ihre volle Amplitude abfall währte jedoch für eine Zeitdauer von etwa aus, bevor sie die Kathode verläßt. Die Modula- 45 2 nsec. Dies ist ein Zeitintervall, welches für den getion des Stromes erreicht dann den höchstmög- wählten Halbleiter körperannähernd gleich der Lauflichen Wert. zeit der Hochfeldzone ist.i) The first high field zone forms its full amplitude drop but lasted for a period of about before it leaves the cathode. The modula- 45 2 nsec. This is a time interval for the getion of the current then reaches the highest possible selected semiconductor, roughly the same as the running one Value. time of the high field zone.

j) In sehr kurzen Halbleiterkörpern kann die Span- Daraus ergibt sich, daß eine Hochfeldzone sich nung Ut = L- Et (L = Anoden-Kathodenab- weiterhin unter Bedingungen durch den Halbleiterstand) kleiner sein als die Spannung, welche ent- 50 körper ausbreitet, unter denen die Erzeugung einer lang der sich frei ausbreitenden Hochfeldzone liegt. Hochfeldzone an sich nicht möglich wäre. Die Hochin diesem Falle verbleibt die Hochfeldzone wahr- feldzone breitet sich weiter durch den Halbleiterkörper scheinlich an der Kathode fixiert, bis irgendeine aus, obwohl der Impuls selbst, welcher die Auslösung höhere Spannung angelegt wird. Auf diese Weise dieser Hochfeldzone eingeleitet hat, beendet ist. Daher ist die erscheinende Schwellwertspannung höher 55 hält die niedrigere Impulshöhe des Stromes für eine als L · Et- Dieser Effekt steht im Einklang mit den längere Zeitdauer an, auch wenn das angelegte Feld beobachteten Kurvenverläufen der/— UChaiak- auf einen Wert abgesunken ist, der unterhalb des teristik sehr kurzer Halbleiterkörper. Schwellenwertes liegt. Die vorstehend beschriebenej) In very short semiconductor bodies, the voltage, which results in a high field zone, voltage Ut = L-Et (L = anode-cathode down- further under conditions due to the semiconductor status), can be smaller than the voltage which spreads out , below which lies the creation of a long, freely expanding high field zone. High field zone per se would not be possible. The high in this case remains the high field zone spreads further through the semiconductor body apparently fixed to the cathode until any, although the impulse itself which triggers higher voltage is applied. In this way this high field zone has initiated, is ended. Therefore, the threshold voltage that appears is higher 55 considers the lower pulse height of the current for a time than L Et- This effect is consistent with the longer period of time, even if the applied field observed curve progressions of the / - UChaiak- has dropped to a value that below the teristics very short semiconductor body. Threshold value lies. The one described above

k) Da die Hochfeldzone in derselben Richtung ver- Arbeitsweise entspricht derjenigen einer monostabilenk) Since the high field zone runs in the same direction, the mode of operation corresponds to that of a monostable

läuft wie die Elektronenbewegung, sind Minori- 60 Schaltung zur Dehnung von Impulsen mit Leistungs-runs like the electron movement, are Minori 60 circuit for stretching pulses with power

tätsladungsträger an dieser unbeteiligt. verstärkung. Hierfür gibt es spezielle Anwendungs-charge carriers not involved in this. reinforcement. There are special application

1) In Indiumphosphid (InP) ist die Lebensdauer der möglichkeiten, wie z. B. Schaltungen zum Ein- bzw.1) In indium phosphide (InP) the life of the possibilities, such as. B. Circuits for switching on or

Defektelektronen offenbar lang genug, um auch Auslesen in Speichereinheiten oder als SchaltungenDefect electrons apparently long enough to be read out in storage units or as circuits

eine Löcherinjektion möglich erscheinen zu lassen, zur Realisierung logischer Funktionen unter simultanerto make a hole injection appear possible, for the realization of logical functions under simultaneous

wobei die Injektion durch einen Lawinenprozeß 65 oder selektiver Benutzung angelegter Eingangssignale,wherein the injection by an avalanche process 65 or selective use of applied input signals,

in Verbindung mit sehr hohen Feldstärken an der Der genannten Anwendungsmöglichkeit liegt dasIn connection with very high field strengths, this is due to the possible application mentioned

Anode bewirkt werden kann. Derartige hohe gleiche zeitliche Verhalten des Stromes zugrunde, wieAnode can be effected. Such high same temporal behavior of the current based on how

Feldstärken liegen aber an dieser Stelle offen- es in F ig. 2b dargestellt ist; es werden jedoch im allge-However, field strengths are at this point clearly shown in Fig. 2b is shown; however, in general

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meinen mehrere Eingangssignale benutzt, welche die F i g. 3 dargestellten Halbleiterbauelements wieder-Form eines Rechteckimpulses mit einer überlagerten gegeben. Der Halbleiterkörper 40 aus Galliumarsenid Impulsspitze besitzen. In einer logischen inklusiven besitzt einen Kontakt aus AuGe und ist durch Lötung Oder-Schaltung wird jeder Zusatzimpuls in Form eines auf einer Grundplatte 41 befestigt. Ein dünner Draht Spitzenimpulses mit einer solchen Impulshöhe ge- 5 oder ein Streifen 42 ist auf der oberen Fläche des wählt, daß die Gesamtspannung denkritischenWertt/r Halbleiterkörpers 40 angelötet, wobei die gesamte übersteigt, wie es in F i g. 2a dargestellt ist. Anderer- Oberfläche mit der AuGe-Elektrode ohmisch kontakseits kann eine logische Und-Schaltung leicht dadurch tiert ist. Der Draht 42 führt weiterhin zu den Klemmen realisiert werden, daß man relativ schmale zusätzliche 44 und 45. An diese Klemmen sowie ebenfalls an die Spannungsimpulse in Form von Dreieckimpulsen io Grundplatte 41 führen die drei Zuleitungen 46, 47 und wählt, deren Vorhandensein als Einzelimpuls keine 48 zur Einfügung des Bauelementes in die Schaltung. Wirkung zeigt, die aber bei Koinzidenz von zwei oder Eine Einkerbung 49 teilt den Kontakt 43 auf der Obermehreren Impulsen bewirken, daß die Gesamtspannung fläche in zwei Teile, wobei der Kontaktteil auf der den kritischen Wert Ut übersteigt. linken Seite die Steuerelektrode bildet und der anderemean used several input signals, which the F i g. 3 shown semiconductor component re-given the form of a rectangular pulse with an overlaid. The gallium arsenide semiconductor body 40 has a pulse tip. In a logical inclusive one has a contact made of AuGe and is connected by soldering or, each additional pulse is attached to a base plate 41 in the form of a. A thin wire spike pulse with such a pulse height or a strip 42 is soldered on the upper surface of the electrolyte that the total voltage exceeds the critical value of the semiconductor body 40, which total, as shown in FIG. 2a is shown. On the other hand, a logical AND circuit can easily be established with the AuGe electrode on the ohmic side. The wire 42 continues to lead to the terminals are realized that one relatively narrow additional 44 and 45. To these terminals and also to the voltage pulses in the form of triangular pulses io base plate 41 lead the three leads 46, 47 and selects whose presence as a single pulse none 48 for inserting the component into the circuit. Effect shows, but at the coincidence of two or a notch 49 divides the contact 43 on the upper several pulses cause the total voltage surface in two parts, the contact part on the exceeds the critical value Ut. left side forms the control electrode and the other

Eine zweite, einfachere Methode zum Ingangsetzen 15 größere Teil als Kathode dient. Es ist wichtig, die Einvon Hochfeldzonen für die Zwecke spezieller Vor- kerbung derart anzubringen, daß die der Kathode zugerichtungsanwendungen besteht darin, ein örtlich ordnete Fläche etwa 80% des Gesamtquerschnittes hohes elektrisches Feld an den Halbleiterkörper anzu- der Oberfläche des Halbleiterkörpers beträgt,
legen. Dies kann z. B. mit Hilfe einer dritten Elektrode Es gibt jedoch noch weitere Möglichkeiten zur Ausgeschehen, welche an den Halbleiterkörper angebracht »0 lösung von Hochfeldzonen. Man kann z. B. die Hauptwird. Diese Methode steht in gewissem Gegensatz zu kontaktierung und die Formgebung des Halbleiterden vorbeschriebenen Anordnungen, welche sich auf die körpers so wählen, daß der Strom, wie in Fig. 7a Applizierung von Dreieckimpulsen mit einer den dargestellt, durch eine Verengung des Halbleiterkritischen Wert übersteigenden Gesamtspannung über körpers hindurchfließen muß. Der Strom kann in die Gesamtlänge des Halbleiterkörpers bezieht. Die 25 diesem Fall einfach in Form eines Impulses angelegt Fig. 3a, 3b, 3c zeigen mehrere Anordnungen zur An- werden.A second, simpler method of starting 15 the larger part serves as a cathode. It is important to apply the Einvon high field zones for the purpose of special pre-notching in such a way that the application of the cathode preparation consists in a locally arranged area about 80% of the total cross-section of the high electric field on the semiconductor body on the surface of the semiconductor body,
place. This can e.g. B. with the help of a third electrode There are, however, other possibilities for things to happen, which are attached to the semiconductor body and remove high-field zones. You can z. B. becomes the main one. This method is in a certain contrast to the contacting and the shape of the semiconductor the previously described arrangements, which are chosen on the body so that the current, as shown in Fig body must flow through. The current can be related to the total length of the semiconductor body. In this case, the FIGS. 3a, 3b, 3c, simply applied in the form of a pulse, show several arrangements for being arranged.

kopplung örtlich hoher Felder an verschiedenen Stellen Weitere Maßnahmen, Hochfeldzonen auszulösen, des Halbleiterkörpers 30 zum Zwecke der Auslösung welche von anderen Stellen des Halbleiterkörpers als von Hochfeldzonen. In F i g. 3a sind normale Anoden- der Kathode ausgehen, sind in den F i g. 8a und 8b und Kathodenkontaktierungen 31 und 32 zu sehen, 30 gezeigt. Im Gegensatz zu vorher beschriebenen Halbweiche auf den Stirnflächen des Halbleiterkörpers 30 leiterbauelementen ist in dieser Ausführungsform die angebracht sind. Zusätzlich ist eine Elektrode 33 ange- Einkerbung 50 mehr in der Mitte des Halbleiterkörpers bracht, welche auch Steuerelektrode genannt wird. angebracht, um an dieser Stelle die Querschnittsfläche Die Befestigung der Steuerelektrode erfolgt durch zu verengen und in der Nähe dieser Kerbe eine örtlich Legierung des Kontaktes auf die Seitenfläche des 35 hohe Feldstärke zu erzielen. Abgesehen von der Tat-Halbleiterkörpers. An die Anode wird ein positiver sache, daß in diesem Falle Zweipolvorrichtungen vor-Spannungsimpuls der in F i g. 4a mit Ua bezeichneten liegen, ist diese Maßnahme sehr ähnlich der oben in Form angelegt und die Kathodenseite mit Erde ver- Verbindung mit den F i g. 7a und 7b beschriebenen, bunden. In dieser Darstellung ist wiederum der Zum gleichen Zweck läßt sich auch ein Materialbereich kritische Wert mit Ut bezeichnet. Nun wird im Gegen- 40 mit verhältnismäßig hohem Widerstand in den Halbsatz mit der im vorhergehenden beschriebenen An- leiterkörper einfügen, wie beispielsweise in Fig. 8b kopplung an den Halbleiterkörper ein Dreieckimpuls gezeigt, so daß sich über diesen Bereich eine örtlich Utr an die Steuerelektrode und an die Erdklemme hohe elektrische Feldstärke ausbildet. Man sieht, daß gelegt; die Form des Steuerimpulses ist in F ig. 4b der in beiden letzten Fällen die effektive Länge L des Verlauf des resultierenden Stromimpulses in Fig. 4c 45 Halbleiterkörpers, die für die Laufzeit der Hochfelddargestellt. Wie im vorhergehenden Falle, fällt der zone maßgebend ist, wesentlich herabgesetzt wird. Strom nach Anlegen des Zusatzimpulses Utr ab, Bei einem weiteren in Fig. 9 dargestellten Ausjedoch bleibt er auf dieser geringen Impulshöhe für ein führungsbeispiel sind Kontaktierungen 51 und 52, wel-Zeitintervall, welches größer ist als die Länge des ehe der Anode und Kathode entsprechen, auf einer Dreieckimpulses Utr· Die F i g. 3b und 3c erläutern 50 Seitenfläche des Halbleiterkörpers angebracht. Etwa in lediglich Modifikationen der Ankopplung des Steuer- der Mitte des Halbleiterkörpers befindet sich eine signals. In F i g. 3b ist die dritte oder Steuerelektrode Kerbe 53, so daß das aktive Gebiet dieses Halbleiteran der Kathodenseite des Halbleiterkörpers ange- bauelements sich in der Mitte des Halbleiterkörpers bracht, und in F i g. 3c wird der Steuerimpuls kapazitiv unmittelbar in Nähe der Kerbe 53 befindet. Auf diese eingekoppelt. 55 Weise wird die aktive Länge des Halbleiterbauelementscoupling of locally high fields at different points Further measures to trigger high-field zones of the semiconductor body 30 for the purpose of triggering which from other points of the semiconductor body than high-field zones. In Fig. 3a are normal anodes - the cathode are run out are shown in FIGS. 8a and 8b and cathode contacts 31 and 32 shown, 30 shown. In contrast to the previously described semi-switch on the end faces of the semiconductor body 30, conductor components are attached in this embodiment. In addition, an electrode 33 is made notch 50 more in the middle of the semiconductor body, which is also called a control electrode. attached to the cross-sectional area at this point. The control electrode is fastened by narrowing it and in the vicinity of this notch a local alloy of the contact on the side surface of the 35 high field strength is achieved. Apart from the fact semiconductor body. At the anode a positive thing is that in this case two-pole devices pre-voltage pulse of the in F i g. 4a with Ua , this measure is very similar to that applied in the form above and the cathode side is connected to earth. 7a and 7b described, bound. In this representation, the critical value for a material area can also be designated by Ut for the same purpose. Now 8b coupling to the semiconductor body, a triangular pulse is in contrast 40 with a relatively high resistance in the half-block with the above-described check-conductor body insert, such as shown in Fig., So that over this range, a locally Utr to the control electrode and develops high electric field strength at the earth terminal. You can see that laid; the form of the control pulse is shown in Fig. 4b of the last two cases the effective length L of the course of the resulting current pulse in Fig. 4c 45 semiconductor body, which is shown for the transit time of the high field. As in the previous case, if the zone falls, it is significantly reduced. Current after application of the additional pulse Utr , but with a further Ausbut shown in Fig. 9, it remains at this low pulse height for an exemplary embodiment are contacts 51 and 52, wel time interval, which is greater than the length of the before the anode and cathode correspond, on a triangular pulse Utr · The F i g. 3b and 3c explain 50 side surface of the semiconductor body attached. There is a signal in, for example, only modifications to the coupling of the control center of the semiconductor body. In Fig. 3b is the third or control electrode notch 53, so that the active region of this semiconductor on the cathode side of the semiconductor body is located in the center of the semiconductor body, and in FIG. 3c, the control pulse is capacitively located in the immediate vicinity of the notch 53. Coupled to this. 55 way becomes the active length of the semiconductor device

Werden an die Elektroden der oben beschriebenen wesentlich reduziert.Are significantly reduced to the electrodes described above.

Halbleiterbauelemente Spannungsimpulse der Form Die Maßnahmen zur Auskopplung der Schwingunder F i g. 5a und 5b angelegt, so wirkt das Halbleiter- gen entsprechen im wesentlichen den vorstehend bebauelement wie ein Mikrowellenoszillator. Der Zusatz- schriebenen Maßnahmen zur Auslösung von Hochimpuls Utr ist jedoch länger als die Laufzeit der Hoch- 60 feldzonen.Semiconductor components Voltage pulses of the form The measures for decoupling the Schwingunder F i g. 5a and 5b applied, the semiconductor gene essentially corresponds to the above structural element, like a microwave oscillator. The additional measures for triggering high impulse Utr are , however, longer than the running time of the high field zones.

feldzone innerhalb des Halbleiterkörpers. Infolgedessen Beispielsweise kann entsprechend Fig. 10 unterfield zone within the semiconductor body. As a result, for example, in accordance with FIG

nimmt der Stromimpuls die Form des in F i g. 5c ge- Benutzung von ohmschen Kontakten ein Teil einer sichthe current pulse takes the form of that shown in FIG. 5c using ohmic contacts is part of a self

zeigten Verlaufes an, der mit Ia bezeichnet ist. Man er- über den Halbleiterkörper erstreckenden Spannungindicated the course, which is designated by Ia . One obtains a voltage extending over the semiconductor body

hält hierdurch einen modulierten Oszillator, wobei die abgenommen werden. In dieser Figur ist eine Elek-thereby holds a modulated oscillator, whereby the are removed. In this figure there is an elec-

Dauer der Schwingungen durch die Länge des Zusatz- 65 trode 60 gezeigt, weiche zur Auskopplung solcher Im-Duration of the oscillations is shown by the length of the additional electrode 60, which is used to decouple such im-

impulses Utr gesteuert ist. pulse dient. Zwischen dieser Elektrode 60 und derimpulses Utr is controlled. pulse is used. Between this electrode 60 and the

An Hand der F i g. 6 ist ein mechanischer Aufbau Anode 61 erscheint als Signal eine Spannung nur dann,On the basis of FIG. 6 is a mechanical structure anode 61 appears as a signal a voltage only then,

des im vorhergehenden lediglich schematisch in wenn sich die Hochfeldzone innerhalb dieses Gebietes,of the above only schematically in when the high field zone is within this area,

d. h. zwischen den Kontakten 60 und 61 befindet. Daher ist die Zeitdauer dieses Ausgangssignals gleich der Laufzeit der Hochfeldzone entlang der Strecke von 60 nach 61 und kann sehr viel kleiner als die Laufzeit innerhalb des gesamten Körpers gemacht werden.d. H. is located between contacts 60 and 61. Therefore the duration of this output signal is the same the transit time of the high field zone along the route from 60 to 61 and can be much smaller than the transit time be made within the entire body.

Die Schwingungsauskopplung kann auch kapazitiv erfolgen, wobei eine der in F i g. 3c gezeigten kapazitiven Ankopplung ähnliche Ausbildung anwendbar ist. Im folgenden werden Halbleiterbauelemente beschrieben die zur Lösung der verschiedensten elekironischen Aufgabenstellungen ausgebildet sind. Hierzu sind in den Fig. 11abis lic schematisch derartige Vorrichtungen dargestellt. Die in diesen Figuren benutzten Symbole sind in der Legende zu F i g. 11 im einzelnen erklärt.The decoupling of vibrations can also take place capacitively, one of the methods shown in FIG. 3c shown capacitive Coupling similar training is applicable. Semiconductor components are described below who are trained to solve a wide variety of electronic tasks. For this are schematically such in Fig. 11a lic Devices shown. The symbols used in these figures are in the legend to FIG. 11 in individual explained.

Als erster Fall ist in Fig. 11a ein Halbleiterbauelement zur Impulsdehnung dargestellt, welches der bereits in Fig. 3a dargestellten Anordnung sehr ähnlich ist. Das Ausgangssignal läßt sich über der Gesamtlänge des Halbleiterkörpers und über einem Lastwiderstand abnehmen, welcher zwischen Anode und der Betriebsspannungsquelle liegt.The first case in FIG. 11a is a semiconductor component for pulse stretching, which is very similar to the arrangement already shown in FIG. 3a is similar. The output signal can be over the total length of the semiconductor body and over a Remove the load resistance between the anode and the operating voltage source.

Eine derartige Vorrichtung kann auch zur Realisierung einer Verzögerungsleitung benutzt werden. Dieser Fall ist in F i g. 11b dargestellt, bei der das Symbol am Eingang irgendeine der möglichen vorgehend besprochenen Vorrichtungen zum Auslösen der Hochfeldzone bedeutet. Außerdem befindet sich am Ausgang eine Vorrichtung zur Ankopplung des Ausgangssignals. Für eine solche Verzögerungsleitung können wegen der Eigenschaft der Hochfeldzone, ihre Gestalt weitgehend beizuhalten, praktisch beliebig lange Verzögerungszeiten erreicht werden, wobei natürlich lediglich vorauszusetzen ist, daß die Steueramplitude ausreicht, die Auslösung der Hochfeldzone einzuleiten. Fig. lic zeigt eine andere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung zur Realisierung einer logischen Oder- bzw. einer invertierten Oder-Funktion. Bei der betreffenden Vorrichtung sind mehrere Eingänge vorgesehen, hier mit Eingang 1 und Eingang 2 bezeichnet, welche Vorrichtungen zum Auslösen der Hochfeldzone entsprechen. Am anderen Ende des Halbleiterkörpers ist eine Vorrichtung zur Auskopplung des Signals angebracht, welches jedesmal dann auftritt, wenn entweder ein Signal am Eingang 1 oder am Eingang 2 anliegt. Durch geringfügige Modifikation der Auslösevorrichtungen läßt sich die invertierte Oder-Funktion in ähnlicher Weise realisieren.Such a device can also be used to implement a delay line. This The case is in FIG. 11b, in which the symbol at the entrance is any of the possible ones discussed above Means devices for triggering the high field zone. Also located at the exit a device for coupling the output signal. For such a delay line you can due to the property of the high field zone to largely maintain its shape, delay times of practically any length can be achieved, of course, it is only assumed that the control amplitude sufficient to initiate the triggering of the high field zone. Fig. Lic shows another possible application of the invention for realizing a logical OR or an inverted OR function. In the The device concerned has several inputs, here designated input 1 and input 2, which devices correspond to the triggering of the high field zone. At the other end of the semiconductor body a device is attached for decoupling the signal, which occurs every time either there is a signal at input 1 or input 2. By slightly modifying the release mechanism the inverted OR function can be implemented in a similar way.

Die Fig. lld stellt ein weiteres Verknüpfungsglied dar. Diese Vorrichtung basiert auf einer früher bereits erwähnten Grundtatsache, die der Wirkungsweise des Halbleiterbauelements zugrunde liegt. Hiernach wird beim Auftreten einer Hochfeldzone in einem Halbleiterkörper, an den eine konstante Spannung, anliegt, die Entstehung weiterer HochfeldzoneiLuntefdrückt, bis die jeweils vorhandene Hochfeldzone die Anode des Halbleiterkörpers erreicht hat. Auf diese Weise erhält man die im Impulsdiagramm der F i g.lld dargestellten Verknüpfungen. Die Eingangssignale werden demnach zu den Zeiten tA und tn ausgelöst, wobei gilt tA — tß < T (T = Laufzeit einer Hochfeldzone), und die Ausgangssignale zu den Zeiten t_x und t_z ausgekoppelt. Aus der zweiten dem Ausgang zugeordneten Spalte dieses Impulsdiagramms, ergibt sich, daß zum Zeitpunkt von ^₁ ein Ausgangssignal nur dann auftritt, wenn zum Zeitpunkt Tb eine Hochfeldzone ausgelöst wird. Zu einem späteren Zeitpunkt t_z ergibt sich ein Ausgangssignal nur dann, wenn eine Hochfeldzone zum Zeitpunkt tA und nicht zum Zeitpunkt tß ausgelöst wird. Dies entspricht der Verknüpfung (AB). Wie aus der dritten Zeile des Impulsdiagramms ersichtlich, liegt zum Zeitpunkt t₂ auch dann kein Ausgangssignal vor, obwohl zum Zeitpunkt tA eine Hochfeldzone ausgelöst ist, da bereits schon eine Hochfeldzone zum Zeitpunkt tß ausgelöst worden ist. Die zum Zeitpunkt tß ausgelöste Hochfeldzone besitzt somit die Wirkung eines Inhibit-Signals. Die Möglichkeit einer Modifikation besteht darin, eine Hochfeldzone zum Zeitpunkt tß an einem anderen Punkt des Halbleiterkörpers auszulösen, wie es gestrichelt angedeutet ist. Dieser Punkt befindet sich näher an der Ausgangselektrode als die bei A befindliche Elektrode. Durch geeignete Abmessungen der entsprechenden Laufzeiten für die bei A und B erzeugten Hochfeldzonen können durch Ausnutzung des oben beschriebenen Inhibit-Mechanismus die zuletzt genannten oder auch andersartigen logischen Funktionen realisiert werden.FIG. 11d represents a further link. This device is based on a basic fact already mentioned earlier, which underlies the mode of operation of the semiconductor component. According to this, when a high field zone occurs in a semiconductor body to which a constant voltage is applied, the formation of further high field zones is suppressed until the respective high field zone has reached the anode of the semiconductor body. In this way, the links shown in the timing diagram in FIG. 1d are obtained. The input signals are accordingly triggered at times tA and tn , where tA − tβ < T (T = transit time of a high field zone), and the output signals are coupled out at times t _x and t _z. The second column of this pulse diagram assigned to the output shows that at the time of ^ ₁ an output signal only occurs if a high-field zone is triggered at time Tb. At a later point in time t _z , there is an output signal only if a high field zone is triggered at point in time tA and not at point in time tβ. This corresponds to the link (AB). As shown in the third line of the timing diagram is to the time t ₂ also no output signal is present, although at time tA, a high field region is triggered because already have a high-field region has been triggered at time TSS. The high field zone triggered at time t3 thus has the effect of an inhibit signal. The possibility of a modification consists in triggering a high-field zone at the point in time t3 at another point on the semiconductor body, as indicated by dashed lines. This point is closer to the output electrode than the electrode at A. With suitable dimensions of the corresponding transit times for the high-field zones generated at A and B , the last-mentioned or other logical functions can be implemented by utilizing the inhibit mechanism described above.

Claims

Patent claims:

1. Process for generating or amplifying electromagnetic oscillations in the microwave range by means of a monocrystalline semiconductor body of the N conductivity type, which is used to form electrical fields located within the semiconductor body are ohmically contacted and in which when a critical electric field strength is exceeded due to a volume effect high field zones passing through the semiconductor body are triggered, characterized in that, that the height of a first electric field (main field) is just below the critical one Field strength is maintained and that on additional means of the semiconductor body by means of a special Trigger pulse such a high second electric field (trigger field) is formed that Due to the superposition of the two electric fields, an electric field strength is established that is above the critical electric field strength.

2. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the trigger pulse is smaller than the transit time of the high field zone through the semiconductor body.

3. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the trigger pulse is greater than the transit time of the high field zone through the semiconductor body.

4. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that as additional means for the formation of the trigger field a locally limited area of high resistance and a current pulse is provided as the trigger pulse.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the located in the semiconductor body, locally limited area of high resistance with largely constant, i.e. H. from the longitudinal extension of the semiconductor crystal independent specific conductivity predominantly by a within this area attached cross-sectional constriction is realized.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the located in the semiconductor body, Spatially limited area of high resistance with largely constant, i. H. from the longitudinal extension of the semiconductor body independent cross-section mainly through a short partial

section of lower specific conductivity within this area is realized.

7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the located in the semiconductor body, localized area of high resistance both by a cross-sectional constriction and is realized by a lower specific conductivity applied in this area.

8. Arrangement for performing the method according to claim 1, wherein at least two additional means are provided for the formation of at least two trigger fields as strong as this, that each of the trigger fields together with the main field exceeds the critical field strength through its application to the realization

sizing the logical inclusive OR-FUNCTION.

9. Arrangement for performing the method according to claim 1, wherein at least two additional means are provided for the formation of at least two trigger fields as strong as this, that if at least two of these trigger fields coincide with the main field, the critical field strength is exceeded, characterized by the application for the realization the logical AND-FUNCTION.

10. The method according to claim 1, characterized by the application for pulse delay.

11. The method according to claim 1, characterized by the application for pulse stretching.

For this purpose 2 sheets of drawings